CN115824327A - 气流量的检测方法、系统、储存介质及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种气流量的检测方法、系统、储存介质及计算机设备，气流量的检测方法，包括：获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的平均温度；结合所述第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值。本申请提供的气流量的检测方法，实现了对气体流量的实时检测，且相对于设置气体流量计的做法来说，还可以降低成本费用。

Description

气流量的检测方法、系统、储存介质及计算机设备

技术领域

本申请属于激光加工技术领域，更具体地说，是涉及一种气流量的检测方法、系统、储存介质及计算机设备。

背景技术

激光加工设备，例如激光切割机在进行激光切割时，通常需要氧气、氮气或者空气等作为切割的辅助气体。然而不稳定的气流会直接影响切割效果，甚至导致切割出来的工件报废，因此需要对气体进行实时的监测。目前通常采用气体流量计来对气流量进行检测，其成本较高。

发明内容

本申请的目的在于提供一种气流量的检测方法，能够实现对气流量的实时检测，并有效降低成本费用。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种气流量的检测方法，包括：

获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的平均温度；

结合所述第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值。

进一步地，所述预设转换公式包括：

伯努利方程式：

质量守恒方程式：m＝ρv₁s₁＝ρv₂s₂＝ρ₃Q₃ (2)

摩尔方程：

海拔高度与绝对气压近似关系：

根据式(1)、式(2)、式(3)及式(4)，计算得出:

气体的质量流量为：

和/或，

气体的体积流量为：

其中，P为相对气压，ρ为密度，v为流速，ɡ为重力加速度，h为海拔高度，C为常数；v₁为第一预设位置处的流速，v₂为第二预设位置处的流速，π为圆周率，s₁为第一预设位置处的管径截面积，s₂为第二预设位置处的管径截面积，m为气体的质量流量，Q₃为气体的体积流量，ρ₃为喷嘴处的气体密度；p为绝对气压，M为摩尔质量，R为比例常数，T为第一预设位置与第二预设位置处的平均温度，d₁为第一管径，d₂为第二管径，P₁为第一气压值，P₂为第二气压值，h₁为第一预设位置处的海拔高度，h₂为第二预设位置处的海拔高度。

进一步地，步骤“结合所述第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值”，具体包括：

将所述第一气压值、第二气压值代入所述式(1)中，得到公式：

式(5)中，ρ₁为第一预设位置处的气体的密度，ρ₂为第二预设位置处的气体的密度。

将获取的所述第一海拔高度、第二海拔高度代入所述式(4)中，得到公式：

根据式(3)得到公式：

根据式(2)得到公式：

m＝ρ₁v₁s₁＝ρ₂v₂s₂＝ρ₃Q₃ (8)

根据所述第一管径计算第一预设位置处的管径截面积，根据所述第二管径计算第二预设位置处的管径截面积，具体公式为：

结合式(5)、式(6)、式(7)、式(8)及式(9)，计算得出:

气体的质量流量为：

和/或，

气体的体积流量为：

进一步地，所述第一预设位置与所述第二预设位置沿气体流动方向依次设置，且所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的距离L满足：0m＜L＜2m。

进一步地，所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的距离L满足：0m＜L≤1.5m。

进一步地，气管上设置有比例阀，所述气管的出口端与切割头连通，所述气管、所述比例阀、所述切割头连通以形成所述气体通道。

进一步地，所述第一预设位置位于所述比例阀上，所述第二预设位置位于所述切割头上，

步骤“获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值”具体包括：

利用所述比例阀获取第一预设位置处的第一气压值；

步骤“获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值”具体包括：

利用切割头内的压力传感器获取第二预设位置处的第二气压值。

进一步地，所述第一预设位置与所述第二预设位置沿气体的流动方向依次设置于所述气管上，

步骤“获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值”具体包括：

在所述气管上设置第一压力传感器；

利用所述第一压力传感器获取第一预设位置处的第一气压值；

步骤“获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值”具体包括：

在所述气管上设置第二压力传感器；

利用所述第二压力传感器获取第二预设位置处的第二气压值。

本申请还提供了一种气流量的检测系统，包括：

获取模块，用于获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，并获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的平均温度；

计算模块，用于结合所述第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值。

本申请还提供了一种计算机设备，包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被所述处理器执行时，实现如上所述的气流量的检测方法的各个步骤。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如上所述的气流量的检测方法的各个步骤。

本申请提供的气流量的检测方法的有益效果在于：通过获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取第一预设位置与第二预设位置之间的平均温度，并通过预设转换公式从而可计算出气体流量值，实现了对气体流量的实时检测，且相对于设置气体流量计的做法来说，还可以降低成本费用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的气流量的检测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的气流量的检测系统的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100、气体通道；200、气体流动方向；10、第一预设位置；20、第二预设位置；30、气体流量计。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1及图2，现对本申请提供的气流量的检测方法进行说明。本申请提供了一种气流量的检测方法，包括步骤S200、S400。

S200、获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取第一预设位置与第二预设位置之间的平均温度。

步骤S200中，气体可以是空气、氧气或者氮气等。第一预设位置与第二预设位置可沿着气体流动方向依次设置。其中，第一预设位置与第二预设位置之间的距离L满足：0m＜L＜2m。由于伯努利方程式针对的是不可压缩流体，而气体是属于可压缩的，当第一预设位置与第二预设位置之间的距离足够近时，可以将气体近似看作不可压缩，即第一预设位置与第二预设位置的气体的密度近似相等，从而适用于伯努利方程式。具体的，第一预设位置与第二预设位置之间的距离L满足：0m＜L≤1.5m，例如可以为0.1m、0.5m、1m、1.5m等。第一预设位置与第二预设位置之间的距离越近，其检测结果越精确。

可以理解的是，第一气压值与第二气压值可通过压力传感器测量得到，第一海拔高度可通过测量第一预设位置处的海拔高度，第二海拔高度可通过测量第二预设位置处的海拔高度，第一预设位置与第二预设位置之间的平均温度可通过温度计进行测量，第一管径与第二管径可通过刻度尺等进行测量得到。

S400、结合第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值。

步骤S400中，“气体流量值”可以是质量流量值，也可以是体积流量值，还可以是质量流量值与体积流量值，当然也可以根据实际需要转换成其他计量单位的流量值。通过测量第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值，从而实现了对气体流量的实时检测，且相对于设置气体流量计的做法来说，还可以降低成本费用。

本申请提供的气流量的检测方法，通过获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取第一预设位置与第二预设位置之间的平均温度，并通过预设转换公式从而可计算出气体流量值，实现了对气体流量的实时检测，且相对于设置气体流量计的做法来说，还可以降低成本费用。

预设转换公式可以包括：

伯努利方程式：

质量守恒方程式：m＝ρv₁s₁＝ρv₂s₂＝ρ₃Q₃ (2)

摩尔方程：

海拔高度与绝对气压近似关系：

根据式(1)、式(2)、式(3)及式(4)，计算得出:

气体的质量流量为：

和/或，

气体的体积流量为：

其中，P为相对气压，ρ为密度，v为流速，ɡ为重力加速度，h为海拔高度，C为常数；v₁为第一预设位置处的流速，v₂为第二预设位置处的流速，π为圆周率，s₁为第一预设位置处的管径截面积，s₂为第二预设位置处的管径截面积，m为气体的质量流量，Q₃为气体的体积流量，ρ₃为喷嘴处的气体密度；p为绝对气压，M为摩尔质量，R为比例常数，T为第一预设位置与第二预设位置处的平均温度，d₁为第一管径，d₂为第二管径，P₁为第一气压值，P₂为第二气压值，h₁为第一预设位置处的海拔高度，h₂为第二预设位置处的海拔高度。

通过上述预设转换公式，从而使得可根据实际需要计算出气体的质量流量或/或体积流量，进而可实现对气体的实时检测。

步骤S400“结合第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值”，具体可以包括步骤S410、步骤S420、步骤S430、步骤S440、步骤S450、步骤S460。

步骤S410、将第一气压值、第二气压值代入式(1)中，得到公式：

式(5)中，ρ₁为第一预设位置处的气体的密度，ρ₂为第二预设位置处的气体的密度。ρ₁≈ρ₂。

步骤S420、将获取的第一海拔高度、第二海拔高度代入式(4)中，得到公式：

步骤S430、根据式(3)得到公式：

步骤S440、根据式(2)得到公式：

m＝ρ₁v₁s₁＝ρ₂v₂s₂＝ρ₃Q₃ (8)。

步骤S450、根据第一管径计算第一预设位置处的管径截面积，根据第二管径计算第二预设位置处的管径截面积，具体公式为：

步骤S460、结合式(5)、式(6)、式(7)、式(8)及式(9)，计算得出:

气体的质量流量为：

和/或，

气体的体积流量为：

气管上可以设置有比例阀，气管的出口端与切割头连通，气管、比例阀、切割头连通以形成上述气体通道。当气体从气管的入口端进入后，会先后经过气管上的比例阀，接着流经切割头，并从切割头的喷嘴处喷出。

在本申请的其中一个实施例中，第一预设位置位于比例阀上，第二预设位置位于切割头上。步骤“获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值”具体包括：利用比例阀获取第一预设位置处的第一气压值。

由于比例阀主要用于控制气体的输出压力且能够反馈气体的压力值，因此将第一预设位置设置于比例阀上，可通过比例阀获取第一气压值，进而可节省额外设置压力传感器的成本，进一步节省成本费用。

步骤“获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值”具体包括：

利用切割头内的压力传感器获取第二预设位置处的第二气压值。

由于目前的切割头内通常会设置压力传感器，用于检测切割头内的气压，因此将第二预设位置设置于切割头上，可通过切割头本身自带的压力传感器获取第二气压值，进而可节省额外设置压力传感器的成本，进一步节省成本费用。

在本申请的另一个实施例中，第一预设位置与第二预设位置沿气体的流动方向依次设置于气管上。

步骤“获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值”具体包括：

在气管上设置第一压力传感器；

利用第一压力传感器获取第一预设位置处的第一气压值。

通过将第一预设位置设置在气管，再通过设置第一压力传感器，其同样可以实现第一气压值的获取。

步骤“获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值”具体包括：

在气管上设置第二压力传感器；

利用第二压力传感器获取第二预设位置处的第二气压值。

通过将第二预设位置设置在气管，再通过设置第二压力传感器，其同样可以实现第二气压值的获取。

具体的，第一预设位置可以设置在气管的气体入口端，第二预设位置可以设置在气管的气体出口端。

在本申请的一个具体实施例中，第一预设位置设置于比例阀，第二预设位置设置于切割头，测量的气体为氮气，d₁为0.01m，d₂为0.003m，h₁为50.5m，h₂为50m，T为306.77K，π为3.1415926，ɡ为9.8m/s²，氮气的摩尔质量M为0.028kg/mol，比例常数R＝8.31441J/mol*K，当绝对气压p为1MPa，P₁为99000Pa，P₂为83500Pa，则通过预设转换公式得到气体的质量流量m＝1.95±0.42g/s，喷嘴的体积流量Q₃为5.55±0.03m³/h。

本申请的气流量的检测方法还可以包括验证步骤S500、S600。

S500、在第一预设位置与第二预设位置之间连接热式气体质量流量计，利用热式气体质量流量计获取气体的质量流量值和/或体积流量值。

其中，为了验证本申请的气流量的检测方法的计算效果，可在第一预设位置与第二预设位置之间连接热式气体质量流量计30，如图2所示。

S600、将热式气体质量流量计获取气体的质量流量值和/或体积流量值与通过上述转换公式获取的气体的质量流量值和/或体积流量值进行比较。

步骤S600中，通过将热式气体质量流量计获取气体的质量流量值和/或体积流量值与通过上述转换公式获取的气体的质量流量值和/或体积流量值进行比较，即可验证本申请的气流量的检测方法是否有效。

具体的，为了说明采用预设转换公式的计算效果，以下举一个具体实施例对热式气体质量流量计获取气体的质量流量值和/或体积流量值与通过上述转换公式获取的气体的质量流量值和/或体积流量值进行对比。

表1为气体的质量流量值对比表

表2为气体的体积流量值对比表

通过表1与表2，可见，通过预设转换公式计算得到的气体的质量流量值与通过热式气体质量流量计获取的气体的质量流量值之间的偏差为±0.42g/s，两者偏差离散程度约0.01978。通过预设转换公式计算得到的气体的体积流量值与通过热式气体质量流量计获取的气体的体积流量值之间的偏差为±0.03m³/h，两者偏差离散程度约0.03135。通过预设转换公式计算得到的气体的质量流量值与气体的体积流量值的误差较小。

本申请还提供了一种气流量的检测系统，包括：

获取模块，用于获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，并获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取第一预设位置与第二预设位置之间的平均温度。

计算模块，用于结合第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值。

本申请还提供了一种计算机设备，包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器执行时，实现上述任意实施例中的气流量的检测方法的各个步骤。

其中，存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的气流量的检测方法对应的程序指令。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而实现上述的激光加工的位置补偿方法。

存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行以实现上述任意实施例中的气流量的检测方法的各个步骤。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种气流量的检测方法，其特征在于：包括：

获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的平均温度；

结合所述第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值。

2.如权利要求1所述的气流量的检测方法，其特征在于：所述预设转换公式包括：

伯努利方程式：

质量守恒方程式：m＝ρv₁s₁＝ρv₂s₂＝ρ₃Q₃ (2)

摩尔方程：

海拔高度与绝对气压近似关系：

根据式(1)、式(2)、式(3)及式(4)，计算得出:

气体的质量流量为：

和/或，

气体的体积流量为：

其中，P为相对气压，ρ为密度，v为流速，ɡ为重力加速度，h为海拔高度，C为常数；v₁为第一预设位置处的流速，v₂为第二预设位置处的流速，π为圆周率，s₁为第一预设位置处的管径截面积，s₂为第二预设位置处的管径截面积，m为气体的质量流量，Q₃为气体的体积流量，ρ₃为喷嘴处的气体密度；p为绝对气压，M为摩尔质量，R为比例常数，T为第一预设位置与第二预设位置处的平均温度，d₁为第一管径，d₂为第二管径，P₁为第一气压值，P₂为第二气压值，h₁为第一预设位置处的海拔高度，h₂为第二预设位置处的海拔高度。

3.如权利要求2所述的气流量的检测方法，其特征在于：步骤“结合所述第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值”，具体包括：

将所述第一气压值、第二气压值代入所述式(1)中，得到公式：

式(5)中，ρ₁为第一预设位置处的气体的密度，ρ₂为第二预设位置处的气体的密度，

将获取的所述第一海拔高度、第二海拔高度代入所述式(4)中，得到公式：

根据式(3)得到公式：

根据式(2)得到公式：

m＝ρ₁v₁s₁＝ρ₂v₂s₂＝ρ₃Q₃ (8)

根据所述第一管径计算第一预设位置处的管径截面积，根据所述第二管径计算第二预设位置处的管径截面积，具体公式为：

结合式(5)、式(6)、式(7)、式(8)及式(9)，计算得出:

气体的质量流量为：

和/或，

气体的体积流量为：

4.如权利要求1所述的气流量的检测方法，其特征在于：所述第一预设位置与所述第二预设位置沿气体流动方向依次设置，且所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的距离L满足：0m＜L＜2m。

5.如权利要求4所述的气流量的检测方法，其特征在于：所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的距离L满足：0m＜L≤1.5m。

6.如权利要求1所述的气流量的检测方法，其特征在于：气管上设置有比例阀，所述气管的出口端与切割头连通，所述气管、所述比例阀、所述切割头连通以形成所述气体通道。

7.如权利要求6所述的气流量的检测方法，其特征在于：所述第一预设位置位于所述比例阀上，所述第二预设位置位于所述切割头上，

步骤“获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值”具体包括：

利用所述比例阀获取第一预设位置处的第一气压值；

步骤“获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值”具体包括：

利用切割头内的压力传感器获取第二预设位置处的第二气压值。

8.如权利要求6所述的气流量的检测方法，其特征在于：所述第一预设位置与所述第二预设位置沿气体的流动方向依次设置于所述气管上，

步骤“获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值”具体包括：

在所述气管上设置第一压力传感器；

利用所述第一压力传感器获取第一预设位置处的第一气压值；

步骤“获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值”具体包括：

在所述气管上设置第二压力传感器；

利用所述第二压力传感器获取第二预设位置处的第二气压值。

9.一种气流量的检测系统，其特征在于：包括：

获取模块，用于获取气体通道内第一预设位置处的第一气压值、第一海拔高度、第一管径，并获取气体通道内第二预设位置处的第二气压值、第二海拔高度、第二管径，并获取所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的平均温度；

计算模块，用于结合所述第一气压值、第一海拔高度、第一管径、第二气压值、第二海拔高度、第二管径以及平均温度，通过预设转换公式计算出气体流量值。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被所述处理器执行时，实现权利要求1至8任一项所述的气流量的检测方法的各个步骤。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1至8任一项所述的气流量的检测方法的各个步骤。

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